Подшипники качения

1.

Как может называться наша сегодняшняя тема?

2.

Гродненский государственный
университет имени Янки Купалы
Лидский колледж
Company name
ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ
Дудко Ольга
Николаевна,
преподаватель ЛК

3.

Вопросы к рассмотрению:
• 1. Общие сведения о подшипниках качения.
Классификация.
• 2. Материалы, применяемые для изготовления
подшипников качения.
• 3. Достоинства и недостатки подшипников качения.
• 4. Основные типы подшипников качения.
• 5. Условные обозначения подшипников качения.
• 6.Виды разрушения подшипников качения.
• 7.Основы расчета подшипников качения на
долговечность.

4.

1. Общие сведения о подшипниках
качения. Классификация.
• Подшипник – одно из ключевых изобретений,
которое определило путь развития
промышленности.
• Подшипники качения, как и подшипники
скольжения, предназначены для поддержания
вращающихся осей и валов.
• Электродвигатели, подъемно-транспортные и
сельскохозяйственные машины, летательные
аппараты, локомотивы, вагоны,
металлорежущие станки, зубчатые редукторы и
многие другие механизмы и машины в
настоящее время немыслимы без подшипников
качения.

5.

Рисунок 1 – Подшипник качения в
сборе
• Подшипники
качения состоят
из двух колец —
внутреннего 5 с
дорожкой для
качения 4 и
наружного 1, тел
качения 2 (шари
ков или
роликов) и
сепаратора 3.

6.

Основными
элементами
подшипников
качения являются тела качения — шарики или
ролики, установленные между кольцами и
удерживаемые сепаратором на определенном
расстоянии друг от друга.

7.

Классификация подшипников
качения:
1.В зависимости от направления действия
воспринимаемой нагрузки:
• -радиальные (воспринимают нагрузку, действующую
перпендикулярно оси вала);
• -упорные (воспринимают нагрузку, действующую вдоль оси
вала);
• -радиально-упорные (воспринимают нагрузку как
перпендикулярную , так и вдоль оси вала, однако,
преобладающей является перпендикулярная нагрузка);
• -упорно-радиальные (воспринимают нагрузку как
перпендикулярную, так и вдоль оси вала, однако,
преобладающей является нагрузка, направленная вдоль оси
вала).

8.

Классификация подшипников
качения:
2.В зависимости от формы тел качения различают
подшипники:
• -шариковые
• -роликовые
(ролики могут
быть
цилиндрически
е короткие и
длинные,
игольчатые,
витые,
конические,
бочкообразные,
сфероконически
е).

9.

Классификация подшипников
качения:
3.По числу рядов тел качения:
однорядные
двухрядные
многорядные

10.

Классификация подшипников
качения:
4. По конструктивным
признакам:
• самоустанавливающиеся
• несамоустанавливающи
еся
5.В зависимости от
нагрузочной способности:
сверхлегкие
особо легкие
легкие
средние
тяжелой серии.

11.

Классификация подшипников
качения:
6.По габаритным
размерам (ширине):
узкие
нормальные
широкие
особо широкие
7. По классам точности:
"0" – нормального класса;
"6" – повышенной точности;
"5" – высокой точности;
"4" – особовысокой
точности;
• "2" – сверхвысокой
точности.
• При выборе класса точности
подшипника необходимо
помнить о том, что "чем
точнее, тем дороже".

12.

2. МАТЕРИАЛЫ,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ.

13.

• Материалы подшипников качения назначаются
с учётом высоких требований к твёрдости и
износостойкости колец и тел качения.
• Для колец и тел качения используются
шарикоподшипниковые высокоуглеродистые
хромистые стали ШХ15 и ШХ15СГ, а также
цементируемые легированные стали 18ХГТ и
20Х2Н4А. Твёрдость колец и роликов обычно
HRC 60...65, а у шариков немного больше – HRC
62... 66, поскольку площадка контактного
давления у шарика меньше.
• Сепараторы изготавливают из мягких
углеродистых сталей либо из антифрикционных
бронз для высокоскоростных подшипников.
Широко внедряются сепараторы из
дюралюминия, металлокерамики, текстолита,
пластмасс.

14.

• Для обеспечения нормальной и долговечной
работы подшипников качения к качеству их
изготовления и термической обработке тел
качения и колец предъявляют высокие
требования.
• Подшипники качения — это опоры
вращающихся или качающихся деталей.
Подшипники качения в отличие от
подшипников скольжения стандартизованы.
Подшипники качения различных конструкций
(диапазон наружных диаметров 1,0—2600 мм,
масса 0,5—3,5 т, например, микроподшипники с
шариками диаметром 0,35 мм и подшипники с
шариками диаметром 203 мм) изготовляют на
специализированных подшипниковых заводах.

15.

3. Достоинства и недостатки
подшипников качения.
Достоинства
• низкое трение, низкий
нагрев;
• экономия смазки;
• высокий уровень
стандартизации;
• экономия дорогих
антифрикционных
материалов.
Недостатки
• высокие контактные напряжения, и
поэтому ограниченный срок
службы;
• высокие габариты (особенно
радиальные) и вес;
• высокие требования к оптимизации
выбора типоразмера;
• большая чувствительность к
ударным нагрузкам вследствие
большой жесткости конструкции;
• повышенный шум;
• слабая виброзащита, более того,
подшипники сами являются
генераторами вибрации за счёт
даже очень малой неизбежной
разноразмерности тел качения.

16.

4.Основные типы подшипников
качения

17.

Шариковые радиальные
однорядные подшипники
• Эти подшипники допускают
сравнительно большую угловую
скорость, особенно с сепараторами из
цветных металлов или из пластмасс,
допускают небольшие перекосы вала
(от 15' до 30') и могут воспринимать
незначительные осевые нагрузки.
Допустимая осевая нагрузка для
радиальных
несамоустанавливающихся
подшипников не должна превышать
70% от неиспользованной
радиальной грузоподъемности
подшипника.

18.

Шариковые радиальные
двухрядные сферические
• Особенностью конструкции такого
подшипника является то, что дорожка
качения на внутреннем (внешнем) кольце
выполнен по сфере. Благодаря этому
подшипник способен работать при
значительном перекосе (до 2 градусов)
внутреннего кольца относительно
наружного. Способность
самоустанавливаться и определяет область
его применения. Эти подшипники
допускают незначительную осевую нагрузку
(порядка 20% от неиспользованной
радиальной) и осевую фиксацию вала.
Подшипники имеют высокие
эксплуатационные показатели, но они
дороже, чем однорядные.

19.

Роликовый радиальный однорядный
подшипник с короткими цилиндрическими
роликами
• Роликовые радиальные подшипники
с короткими роликами по сравнению с
аналогичными по габаритным размерам
шарикоподшипниками обладают
увеличенной грузоподъемностью, хорошо
выдерживают ударные нагрузки. Однако
они совершенно не воспринимают осевых
нагрузок и не допускают перекоса вала
(ролики начинают работать кромками, и
подшипники быстро выходят из строя).

20.

Роликовый радиальный сферический
двухрядный подшипник качения
• Двухрядные сферические роликоподшипники имеют
неразъемную конструкцию, состоящую из массивных
наружных колец с вогнутой сферической дорожкой качения,
массивных внутренних колец и бочкообразных роликов с
сепараторами. Внутренние кольца имеют цилиндрическое или
коническое отверстие. Симметричные сферические ролики
свободно самоустанавливаются на сферической дорожке
качения наружного кольца. Это позволяет компенсировать
прогибы валa и несоосности. Сферические роликоподшипники
воспринимают высокие радиальные и действующие в обоих
направлениях осевые нагрузки. Они рассчитаны на
максимальную грузоподъемность и, благодаря максимально
возможному числу больших и предельно длинных роликов,
пригодны для работы при самых тяжелых нагрузках.
Благодаря оптимальному контакту роликов и дорожек качения
в подшипнике обеспечивается равномерное распределение
контактных напряжений.

21.

Роликовый радиальный игольчатый
однорядный подшипник качения
• Игольчатые подшипники отличаются
малыми радиальными габаритными размерами,
находят применение в тихоходных (до 5 м/с) и
тяжелонагруженных узлах, так как выдерживают
большие радиальные нагрузки. В настоящее
время их широко используют для замены
подшипников скольжения. Эти подшипники
воспринимают только радиальные нагрузки и не
допускают перекоса валов. Для максимального
уменьшения размеров применяют подшипники в
виде комплекта игл, непосредственно
опирающихся на вал, с одним наружным
кольцом.

22.

Роликовый радиальный подшипник
качения с витыми роликами
• Роликовые радиальные
подшипники с витыми
роликами применяют при
радиальных нагрузках ударного
действия; удары смягчаются
податливостью витых роликов.
Эти подшипники менее
требовательны к точности сборки
и к защите от загрязнений,
имеют незначительные
радиальные габаритные
размеры.

23.

Шариковый радиально- упорный
однорядный подшипник
• Радиально-упорные
шарикоподшипники , применя
емые при средних и высоких
угловых скоростях. Радиальная
грузоподъемность у этих
подшипников на 30—40 % больше,
чем у радиальных однорядных. Их
выполняют разъемными со
съемным наружным кольцом и
неразъемными.

24.

Конический роликовый однорядный
подшипник качения
• Конические
роликоподшипники находят
применение в узлах, где действуют
одновременно радиальные и
односторонние осевые нагрузки. Эти
подшипники могут воспринимать также
и ударные нагрузки. Радиальная
грузоподъемность их в среднем почти в 2
раза выше, чем у радиальных
однорядных шарикоподшипников. Их
рекомендуется устанавливать при
средних и низких угловых скоростях
вала (до 15 м/с).

25.

Шариковые и роликовые упорные
подшипники
• Шариковые и роликовые
упорные
подшипники предназначены
для восприятия односторонних
осевых нагрузок. Применяются
при сравнительно невысоких
угловых скоростях, главным
образом на вертикальных валах.
Упорные подшипники
радиальную нагрузку не
воспринимают. При
необходимости установки
упорных подшипников в узлах,
где действуют не только осевые,
но и радиальные нагрузки,
следует дополнительно
устанавливать радиальные
подшипники.

26.

5. Условные обозначения
подшипников качения
• Каждый
подшипник
качения имеет
условное клеймо,
обозначающее
тип, размер, класс
точности, заводизготовитель.

27.

• На неразъемные подшипники клеймо
наносят на одно из колец, на разборные — на
оба кольца. На один и тот же диаметр шейки
вала предусматривается несколько серий
подшипников, которые отличаются размерами
колец и тел качения и соответственно величиной
воспринимаемых нагрузок.
• В пределах каждой серии подшипники равных
типов взаимозаменяемы в мировом масштабе.
• В стандартах указываются: номер подшипника,
размеры, вес, предельное число оборотов,
статическая нагрузка и коэффициент
работоспособности.

28.

29.

30.

31.

Примеры обозначений подшипников:
• 311 — подшипник шариковый радиальный однорядный,
средней серии диаметров 3, серии ширин 0, с внутренним
диаметром d = 55 мм, основной конструкции , класса
точности 0;
• 6-36209 — подшипник шариковый радиально-упорный
однорядный, легкой серии диаметров 2, серии ширин 0, с
внутренним диаметром d = 45 мм, с углом контакта а =
12°, класса точности 6;
• 4-12210 — подшипник роликовый радиальный с
короткими цилиндрическими роликами, легкой серии
диаметров 2, серии ширин 0, с внутренним диаметром d =
50 мм, с одним бортом на наружном кольце , класса
точности 4;
• 4-3003124Р — подшипник роликовый радиальный
сферический двухрядный особолегкой серии диаметров 1,
серии ширин 3, с внутренним диаметромd=120 мм,
основной конструкции, класса точности 4, детали
подшипника изготовлены из теплостойких сталей.

32.

6. Виды разрушения подшипников
качения.
• 1.Усталостное
выкрашивание рабочих
поверхностей колец и тел
качения в виде раковин или
отслаивания под действием
переменных контактных
напряжений. Его обычно
наблюдают после длительной
работы. Сопровождается
повышенным шумом и
вибрациями.

33.

6. Виды разрушения подшипников
качения.
• 2.Смятие рабочих
поверхностей дорожек и
тел качения (образование
лунок и вмятин) вследствие
местных пластических
деформаций
под действием ударных или
значительных статических
нагрузок.

34.

6. Виды разрушения подшипников
качения.
• 3.Абразивное
изнашивание
вследствие плохой
защиты подшипника от
попадания абразивных
частиц.
• 4.Разрушение
сепараторов от
действия центробежных
сил и воздействия на
сепаратор
разноразмерных тел
качения.

35.

6. Виды разрушения подшипников
качения.
• 5.Разрушение
колец и тел
качения из-за
перекосов колец или
действия больших
динамических
нагрузок.

36.

7. Основы расчета подшипников
качения на долговечность
• Основные критерии работоспособности
подшипника качения – статическая и
динамическая грузоподъемность.
• При числе оборотов более 10
подшипники рассчитывают на
динамическую грузоподъемность.

37.

Динамическая грузоподъемность и
долговечность (ресурс) подшипника
связаны эмпирической зависимостью
• L = (С/Р)р,
• где L-ресурс в млн. оборотах;
• С - паспортная динамическая грузоподъемность
подшипника - это такая постоянная нагрузка,
которую подшипник может выдержать в течение
одного млн. оборотов без появления признаков
усталости не менее чем у 90% из определенного
числа подшипников, подвергающихся испытаниям.
Значения С приведены в каталогах;
• р - показатель степени кривой усталости (р=3 - для
шариковых подшипников, р=10/3 - для роликовых .
• Р - эквивалентная (расчетная) динамическая
нагрузка на подшипник.

38.

Для перехода от количества млн.
оборотов в ресурс в часах
пользуются формулой:
Lh= 106∙L/(60∙n), ч.

39.

Для радиальных шариковых и радиальноупорных шариковых и роликовых
подшипников эквивалентную нагрузку
определяют по формуле:
Р = ( X∙V∙Fr + Y∙Fa )∙Kb∙KT,
• где Fr и Fa- радиальная и осевая нагрузки на
подшипник;
• V- коэффициент вращения кольца (V =1 при
вращении внутреннего кольца, V =1,2 - при
вращении наружного кольца);
• Кб - коэффициент безопасности, учитывающий
характер внешних нагрузок (табл. 9.19);
• Кт - температурный коэффициент;(табл.9.20)
• X и Y - коэффициенты соответственно радиальной и
осевой нагрузок.(табл.9.18)

40.

Для подшипников с цилиндрическими
роликами формула для
определения эквивалентной
динамической нагрузки имеет вид:
Р = Fr∙V∙Kb∙KT

41.

Расчет подшипников качения на долговечность
проводят в следующей последовательности:
• -выполняют эскизную компоновку узла и приближенно намечают
расстояние между опорами
• - определяют реакции опор
• - выбирают схему расположения и тип подшипника исходя из условий
работы, действующих нагрузок;
• - по посадочному диаметру вала выбирают конкретный подшипник по
каталогу и выписывают d, D, С, Со, X, Y, е;
• - определяют эквивалентную динамическую нагрузку на подшипники:
Р = ( X∙V∙Fr + Y∙Fa )∙Kb∙KT;
• - определяют расчетную долговечность наиболее нагруженного
подшипника: Lh= ( С/Р )р∙106/(60∙n), час. и сравнивают с требуемой
долговечностью.
• Если Lh< Lh треб то можно:
• а) сменить подшипник на более тяжелую серию;
• б) сменить тип подшипника на более грузоподъемный;
• в) увеличить диаметр вала;
• г) предусмотреть меньший срок службы и замену подшипника.

42.

Это интересно:

43.

Датский производитель судовых кранов Huisman построил самый
большой подшипник в мире. Он имеет в диаметре 30 метров.
Подшипник имеет разборную сегментную конструкцию и
допускает контроль роликов и дорожек качения без разборки
подшипника.

44.

Это интересно:

45.

Маленькие
подшипники

46.

В Японии создан самый маленький
подшипник в мире
• Крохотный шарикоподшипник Minebea, представленный на
выставке, в несколько раз меньше рисового зерна. Диаметр его
внешних колец рекордно мал и составляет всего 1,5 мм,
внутренний диаметр – 0,50 мм, а ширина – 0,65 мм. Размер тел
качения тоже впечатляет: подшипник оснащен 6 шариками с
диаметром 0,25 мм. При этом он способен развивать скорость
до 5 тысяч оборотов в минуту.
Конструкция выполнена из нержавеющей стали, новые ультра
миниатюрные подшипники обладают такой же высокой
точностью, прочностью и жесткостью структуры, как и все
остальные шарикоподшипники производства Minebea. Ширина
0,65 мм может быть сокращена до 0,4 мм для работы при более
низкой скорости. Новый продукт будет востребован в
сверхмалых устройствах, которые требуют высокой точности в
наномасштабе: миниатюрных медицинских устройствах,
микромоторах, ювелирной технике.

47.

Контрольные вопросы:
• 1.Из каких деталей состоят подшипники качения, какие
функции они выполняют?
• 2.По каким критериям классифицируют подшипники качения?
• 3.Как обозначают подшипники качения?
• 4.Каково назначение подшипников качения?
• 5.Какие преимущества имеют шариковые подшипники качения
в сравнении с роликовыми подшипниками?
• 6.Какие материалы используют для изготовления
подшипников качения?
• 7.Какие виды разрушений наблюдаются у подшипников
качения? Назовите их причины.
• 8.Каковы основные критерии работоспособности подшипников
качения?
• 9.На чем основан расчет подшипников качения на
долговечность?